CN113123373A - 后插无粘结钢绞线u型管承压型抗拔桩及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩及其施工方法。抗拔桩施工采用钻机成孔灌注混凝土成桩工艺，在桩身混凝土初凝前采用锤管将无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体后插入到混凝土桩身内指定标高位置，最后通过锚板和锚具将无粘结钢绞线张拉锁定在桩顶部、基础内部或基础上部。本申请采用后插工艺，施工速度快，U型管承压构件安装简便，下端部无需安装锚头锚具，施工质量好，桩身抗拔承载力高。与普通抗拔桩相比，本申请无需考虑桩身裂缝问题，主材用量少，造价低；与抗浮锚杆相比，本申请桩身材料采用混凝土，比抗浮锚杆采用的水泥浆或砂浆质量更可靠，主材保护层厚度大，承载力更高，耐久性更好。
Description
技术领域
本申请涉及一种建设工程中建筑物、市政工程、地下工程及高耸结构物的抗浮、抗拔构件，具体涉及一种无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩。
背景技术
近年来，随着国民经济的发展，城市建设日新月异，高层及超高层建筑不断涌现，基础埋置越来越深，同时，与之相匹配的建筑的纯地下室部分、裙房或相对独立的地下结构物（如下沉式广场、地下车库、地下构筑物等）的开发和利用越来越广泛。由于地下土体的空隙及岩体的裂隙赋存有大量的地下水，或施工过程的地表水进入地下空间，地下水或地表水会对地下结构产生浮力，若结构自重小于浮力时将发生上拱或上浮破坏，影响结构正常使用。地下结构抗浮问题是工程中比较常见的问题，目前解决地下结构抗浮问题的措施主要有“压”、“拉”及“放”等方法，“压”主要采用增加建筑物重量、增加配重等方法，多用于抗浮要求不是很高的情况，通过结构措施解决抗浮问题；“拉”主要采用在地基内设置抗拔桩或抗浮锚杆等抗拔构件，来平衡水产生的浮力，这种方法在工程中应用最多，它可以解决复杂工程的抗浮、抗拔问题。“放”主要通过释放水浮力方法，如采用排水限压或泄水降压方法解决抗浮问题，该方法由于设备需要长期运行控制和维护管理，工程上应用相对较少。另外，在一些高耸结构物或特殊功能的建筑受较大的水平荷载或地震荷载时，其基础也存在抗拔问题，一般也采用抗拔桩或抗浮锚杆等抗拔构件。
设置抗拔桩或抗浮锚杆等抗拔构件，是解决基础抗浮及基础抗拔问题最常用的方法。但是，普通抗拔桩和抗浮锚杆在工作状态下，桩身混凝土或注浆体呈受拉状态，由于混凝土或注浆体抗拉强度低，受拉时桩身混凝土或注浆体容易出现裂缝，且受力钢筋或钢绞线保护层小，易受地下水的侵蚀、腐蚀，从而使受拉钢筋或钢绞线承载力降低，严重时可能导致受力钢筋或钢绞线被拉断而使抗浮构件失效。普通抗拔桩或抗浮锚杆一般按控制裂缝宽度进行设计，存在承载力低、配筋率高、成本高等缺陷。采用承压型抗浮锚杆，由于承压板面积小，且锚杆注浆体强度低，承压板提供的压力较小，易出现承载力不能满足设计要求的情况。
针对目前常规抗拔桩和抗浮锚杆存在的问题和缺陷，目前亟需研发一种具有施工便捷、高效环保、施工速度快、施工操作简便、适应地层广、抗拔承载力高、钢筋和钢绞线强度发挥充分、可施加预应力等优点的新型抗拔桩。
发明内容
本申请提供一种后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩及其施工方法，可以克服现有普通抗拔桩承载力低、配筋率高等技术问题，同时也可以克服有粘结性抗浮锚杆由于直径小导致保护层不足、注浆体强度不易保证等技术问题。目前，在建筑工程、市政工程和地下工程等相关行业中未见有在混凝土灌注桩中后插无粘结钢绞线等柔性材料的施工工艺，同时也未见有采用U型管作为抗拔桩承压构件的相关技术。
本申请提供一种后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩。采用如下技术方案：
后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，在土体中采用长螺旋钻机成孔压灌混凝土形成混凝土桩身，在岩体中或难以钻进的场地采用旋挖钻机等设备成孔灌注混凝土形成混凝土桩身，在混凝土初凝前通过锤管将无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体后插入到混凝土桩身内指定标高位置，在桩身混凝土强度等级达到设计要求后，通过锚板和锚具将无粘结钢绞线张拉锁定在桩顶部、基础内部或基础上部。
所述后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩施工采用钻机成孔灌注混凝土成桩后插无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体施工工艺。
所述U型管承压构件是刚性的，它与无粘结钢绞线组合形成抗拔桩的受力筋材组合体，通过振动或加压锤管将无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体后插入到混凝土桩身内指定标高位置。
所述U型管承压构件制作方式有以下几种：
（1）预先将无粘结钢绞线穿过设计长度的直管，然后采用弯管机将直管挤压弯曲成型形成U型管承压构件；
（2）采用穿管机将无粘结钢绞线直接穿过成型的U型管形成U型管承压构件；
（3）采用穿管机将无粘结钢绞线直接穿过两个成型的弧型管，然后将两个成型的弧型管通过连接件形成U型管承压构件；
所述U型管承压构件U型管采用钢管、镀锌管、焊管、铝管、高分子材料等，壁厚为2.5～20mm，外径为25～100mm；U型管总长度及U型管的竖向立管间距根据抗拔力确定。
所述U型管承压构件直接采用U型管或U型管与钢筋、钢管、钢板、型钢等焊接形成的组合体作为承压构件。
所述定位导向装置布置在锤管上或U型管承压构件上，可以采用钢筋、钢管、钢板、型钢等。
所述定位固定夹具设置在锤管上，具体设置位置根据无粘结钢绞线长度确定，其主要目的是在施工时将无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体临时固定在锤管上。
所述混凝土桩身沿长度方向是等直径的，混凝土强度等级为C25～C50，混凝土塌落度为120～240mm，成桩直径为250～1000mm。
所述U型管承压构件端部保护层厚度不小于10cm。
所述无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体在混凝土桩身内不同深度和不同角度设置一组或多组。当在混凝土桩身内设置多组无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体时，可以采用锤管将单个组合体依次后插入混凝土桩身内指定标高位置，也可采用锤管一次性将多个组合体后插入混凝土桩身内指定标高位置。
所述无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体在混凝土桩身内就位后，将露出桩顶的无粘结钢绞线固定在调直卡具上，采用吊车或钻机调直混凝土桩身内无粘结钢绞线。
所述无粘结钢绞线张拉锁定方式有三种，第一种张拉锁定方式是在基础内设置钢马凳，施加预应力将无粘结钢绞线张拉锁定在钢马凳上，然后将钢马凳浇筑在基础混凝土内；第二种张拉锁定方式是施加预应力将无粘结钢绞线张拉锁定在基础上部；第三种张拉锁定方式是施加预应力将无粘结钢绞线张拉锁定在抗拔桩桩顶上，并在钢绞线上端部设置挤压锚、压花锚或锚具，然后将钢绞线浇筑在基础混凝土内。
后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩的施工方法，包括以下施工步骤：
步骤一：加工无粘结钢绞线和U型管承压构件的组合体；
步骤二：采用钻机成孔灌注混凝土，形成混凝土桩身；
步骤三：桩身混凝土灌注完成后在混凝土初凝前，将孔口打桩弃土移除，露出桩位混凝土面，将无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体通过锤管就位在混凝土桩位的正中间，将无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体后插入混凝土桩身内指定设计标高；
步骤四：调直混凝土桩身内无粘结钢绞线；
步骤五：对无粘结钢绞线施加预应力后张拉锁定在桩顶部、基础内部或基础上部。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩优先采用长螺旋钻孔压灌混凝土施工（特殊情况采用旋挖钻机等设备施工）工艺，无粘结钢绞线和U型管承压构件组合体安装采用后插工艺，无泥浆污染，环保高效，施工质量稳定、施工速度快、操作简便；
2.U型管施工便捷，与钢绞线有非常好的契合度，且在混凝土内部能提供足够的压力，比其它承压构件节省材料，质量可靠，加工便捷，且横截面积较小，便于施工，易后插入到桩身内指定位置。
3.抗拔桩采用无粘结钢绞线，为承压型，可根据需要施加预应力；
4.抗拔桩采用无粘结钢绞线，为承压型，与普通抗拔桩相比，可节约大量钢材，性价比优于普通抗拔桩；
5.抗拔桩采用无粘结钢绞线，有外保护套保护，且为承压型，不会产生桩体裂缝，且无粘结钢绞线有足够的混凝土保护层厚度，不会被地基中的腐蚀介质腐蚀，保证其使用寿命内的耐久性满足要求；
6.与抗浮锚杆相比，施工成本低，桩截面面积大，可采用强度和质量优于水泥浆、砂浆的混凝土材料，筋材保护层厚度大，耐久性好、承载力高。
附图说明
图1是U型管承压构件结构示意图；
图2是带附加构件的U型管承压构件结构示意图；
（a）在U型管承压构件中间位置焊接附加构件；（b）在U型管承压构件焊接附加钢板；（c）在U型管承压构件中间位置安放螺旋箍筋；
图3是锤管与U型管承压构件和无粘结钢绞线施工位置关系图；
图4是无粘结钢绞线锁定在基础上部抗拔桩剖面示意图（单个组合体）；
图5是无粘结钢绞线锁定在基础上部抗拔桩剖面示意图（多个组合体）；
图6是无粘结钢绞线锁定在基础内部抗拔桩剖面示意图（单个组合体）；
图7是无粘结钢绞线锁定在基础内部抗拔桩剖面示意图（多个组合体）；
图8是无粘结钢绞线锁定在抗拔桩桩顶且桩顶深入基础底板的剖面示意图（单个组合体）；
图9是无粘结钢绞线锁定在抗拔桩桩顶且桩顶深入基础底板的剖面示意图（多个组合体）。
附图标记说明：1-混凝土桩身、2-无粘结钢绞线、3-U型管承压构件、4-振动或加压装置、5-锤管、6-定位导向装置、7-定位固定夹具、8-基础、9-锚板和锚具、10-钢马镫、11-防水垫层、12-挤压锚、压花锚或锚具。
具体实施方式
以下结合附图1-9对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩。
参照图1-图9，包括的构件有： 混凝土桩身1、无粘结钢绞线2、U型管承压构件3、振动或加压装置4、锤管5、定位导向装置6、定位固定夹具7、基础8、锚板和锚具9、钢马镫10、防水垫层11、挤压锚、压花锚或锚具12。
参照图1和图2， U型管承压构件3中U型管采用钢管、镀锌管、焊管、铝管、高分子材料等，壁厚为2.5～20mm，外径为25～100mm；U型管总长度及U型管的竖向立管间距根据抗拔力确定。U型管承压构件3直接采用U型管或U型管与钢筋、钢管、钢板、型钢等焊接形成的组合体作为承压构件。U型管承压构件3是刚性的，它与无粘结钢绞线2组合形成抗拔桩的受力筋材组合体。
所述U型管承压构件3制作方式有以下几种：
（1）预先将无粘结钢绞线2穿过设计长度的直管，然后采用弯管机将直管挤压弯曲成型形成U型管承压构件3；
（2）采用穿管机将无粘结钢绞线2直接穿过成型的U型管形成U型管承压构件3；
（3）采用穿管机将无粘结钢绞线2直接穿过两个成型的弧型管，然后将两个成型的弧型管通过连接件形成U型管承压构件3。
参照图3，定位导向装置6设置在锤管5上，以防止无粘结钢绞线2和U型管承压构件3组合体偏离混凝土桩身1中心。定位导向装置6采用钢筋、钢管、钢板、型钢焊接固定在锤管5上。
参照图3，定位固定夹具7设置在锤管5上部，通过定位固定夹具7将无粘结钢绞线2顶部临时夹住固定在锤管5上。
参照图3-图9，锤管5下端部设置卡槽将U型管承压构件3卡住或者锤管5直接穿入U型管承压构件3上焊接的附加构件（钢筋、钢管或钢板），然后将无粘结钢绞线2上端部临时固定在锤管5上的定位固定夹具7上，这样就将无粘结钢绞线2和U型管承压构件3组合体临时固定在锤管5上，最后通过振动或加压装置4带动锤管5将无粘结钢绞线2和U型管承压构件3组合体后插入到混凝土桩身1内指定标高位置。
当无粘结钢绞线2和U型管承压构件3组合体在混凝土桩身1内就位后，将露出桩顶的无粘结钢绞线2临时固定在调直卡具上，采用吊车或钻机调直混凝土桩身1内无粘结钢绞线2。
参照图4-图9，防水垫层11设置在地基土与基础之间。
参照图4-图5，通过锚板和锚具9将无粘结钢绞线2张拉锁定在基础8上部。
参照图6-图7，在基础内设置钢马凳10，施加预应力后通过锚板和锚具9将无粘结钢绞线2张拉锁定在钢马凳10上，然后将钢马凳10浇筑在基础8混凝土内。
参照图8-图9，施加预应力后通过锚板和锚具9将无粘结钢绞线2张拉锁定在抗拔桩桩顶上，并在无粘结钢绞线2端部设置挤压锚、压花锚或锚具12，然后将无粘结钢绞线2浇筑在基础8混凝土内。
参照图5、图7和图9，在混凝土桩身1内不同深度和不同角度设置多组无粘结钢绞线2和U型管承压构件3组合体。当在混凝土桩身1内设置多组无粘结钢绞线2和U型管承压构件3组合体时，可以采用锤管5将单个组合体依次后插入混凝土桩身1内指定标高位置；也可根据组合体在混凝土桩身1内的具体位置在锤管5相应位置设置定位卡槽，然后采用锤管5一次性将多个组合体后插入混凝土桩身1内指定标高位置。
本申请实施例还公开了后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩的施工方法，包括以下施工步骤：
步骤一：加工无粘结钢绞线2和U型管承压构件3的组合体；
步骤二：采用钻机成孔灌注混凝土，形成混凝土桩身1；
步骤三：桩身混凝土灌注完成后在混凝土初凝前，将孔口打桩弃土移除，露出桩位混凝土面，将无粘结钢绞线2和U型管承压构件3组合体通过锤管5就位在混凝土桩位的正中间，将无粘结钢绞线2和U型管承压构件3组合体后插入混凝土桩身1内指定设计标高；
步骤四：调直混凝土桩身1内无粘结钢绞线2；
步骤五：对无粘结钢绞线2施加预应力后张拉锁定在桩顶部、基础8内部或基础8上部。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (13)
1.后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：采用钻机成孔灌注混凝土，形成混凝土桩身（1），在混凝土初凝前通过锤管（5）将无粘结钢绞线（2）和U型管承压构件（3）组合体后插入到混凝土桩身（1）内指定标高位置，在桩身混凝土强度等级达到设计要求后，通过锚板和锚具（9）将无粘结钢绞线（2）张拉锁定在桩顶部、基础（8）内部或基础（8）上部。
2.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：所述抗拔桩施工采用钻机成孔灌注混凝土成桩后插无粘结钢绞线（2）和U型管承压构件（3）组合体施工工艺。
3.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：所述U型管承压构件（3）是刚性的，U型管采用钢管、镀锌管、焊管、铝管、高分子材料制成的管，壁厚为2.5～20mm，外径为25～100mm；U型管总长度及U型管的竖向立管间距根据抗拔力确定。
4.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：所述无粘结钢绞线（2）和U型管承压构件（3）组合体是将无粘结性钢绞线(2)穿过U型管承压构件（3）构成的组合体，且制作方式主要有两种，第一种方式是预先将无粘结钢绞线（2）穿过设计长度的直管，然后采用弯管机将直管挤压弯曲成型形成U型管承压构件（3）；第二种方式是采用穿管机将无粘结钢绞线（2）直接穿过成型的U型管形成U型管承压构件（3）。
5.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：所述U型管承压构件（3）直接采用U型管或采用在U型管的基础上与钢筋、钢管、钢板、型钢焊接形成具有定位作用并提高承压性能的带附加构件的U型管。
6.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：采用锤管（5）在混凝土桩身（1）内后插无粘结钢绞线（2）和U型管承压构件（3）组合体时锤管（5）上设置定位固定夹具（7），将无粘结钢绞线（2）和U型管承压构件（3）组合体下部的U型管临时固定在锤管（5）的底部，通过定位固定夹具（7）将无粘结钢绞线（2）顶部临时夹住固定在锤管（5）上。
7.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：采用锤管（5）在混凝土桩身（1）内后插无粘结钢绞线（2）和U型管承压构件（3）组合体时锤管（5）上设置定位导向装置（6），以防止无粘结钢绞线（2）和U型管承压构件（3）组合体偏离混凝土桩身（1）中心；定位导向装置（6）采用钢筋、钢管、钢板、型钢焊接固定在锤管（5）上。
8.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：所述混凝土桩身（1）沿长度方向是等直径的，混凝土强度等级为C25～C60，混凝土塌落度为120～240mm，成桩直径为250～1000mm。
9.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：所述U型管承压构件（3）在桩身下端部混凝土保护层厚度不小于10cm。
10.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：所述无粘结钢绞线（2）和U型管承压构件（3）组合体在混凝土桩身（1）内不同深度和不同角度设置一组或多组。
11.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：所述无粘结钢绞线（2）和U型管承压构件（3）组合体在桩体内就位后，将露出桩顶的无粘结钢绞线（2）固定在调直卡具上，采用吊车或钻机调直混凝土桩身（1）内无粘结钢绞线（2）。
12.根据权利要求1所述的后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩，其特征在于：对无粘结钢绞线（2）进行张拉锁定采用三种方式，第一种方式是将无粘结钢绞线（2）张拉锁定在基础（8）内部；第二种方式是将无粘结钢绞线（2）张拉锁定在基础（8）上部；第三种方式是将无粘结钢绞线（2）张拉锁定在抗拔桩桩顶部，并将钢绞线锚固长度锚固或锁定在基础（8）内部。
13.后插无粘结钢绞线U型管承压型抗拔桩的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：
步骤一：加工无粘结钢绞线（2）和U型管承压构件（3）的组合体；
步骤二：采用钻机成孔灌注混凝土，形成混凝土桩身（1）；
步骤三：后插无粘结性钢绞线（2）和U型管承压构件（3）的组合体；
步骤四：调直混凝土桩身内无粘结钢绞线（2）；
步骤五：对无粘结钢绞线（2）施加预应力后张拉锁定在桩顶部、基础（8）内部或基础（8）上部。
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